هل ستتحدى المواد الجديدة مثل منتجات الجرافين الثانوية والجرافيت الاصطناعي "عرش" فحم الكوك البترولي المُجرافيت؟

من غير المرجح أن تُزاح هيمنة فحم الكوك البترولي المُجرافيت عن عرشه لصالح منتجات الجرافين الثانوية أو الجرافيت الاصطناعي على المدى القريب، إلا أنه قد يواجه تحدياتٍ نتيجةً للتطور التكنولوجي وإعادة هيكلة سلسلة التوريد على المدى البعيد. ويُجرى التحليل التالي من ثلاثة جوانب: خصائص المواد، وسيناريوهات التطبيق، وديناميكيات سلسلة التوريد.

أولاً: المكانة الأساسية لفحم الكوك البترولي المُجرافيت: عائقان مزدوجان هما التكلفة والعملية

خصائص المواد الخام التي لا يمكن الاستغناء عنها

يُعد فحم الكوك البترولي المُجرافن المادة الخام الرئيسية لمواد الأنود في بطاريات الليثيوم أيون، وله مزايا تشمل ما يلي:

• الكفاءة الاقتصادية: يتطلب إنتاج طن واحد من الجرافيت الصناعي ما بين 1.2 و1.5 طن من فحم الكوك البترولي. وبناءً على سعر فحم الكوك البترولي منخفض الكبريت البالغ 6000 يوان/طن في عام 2025، تُشكّل تكاليف المواد الخام ما بين 36% و45% من إجمالي تكلفة إنتاج الجرافيت الصناعي (حوالي 25000 يوان/طن). وسيؤدي التحوّل إلى مواد بديلة إلى زيادة التكاليف بشكل ملحوظ.
• نضج العملية: بعد معالجة التغرافيت عند درجة حرارة 2500-3000 درجة مئوية، يشكل فحم الكوك البترولي بنية بلورية جرافيتية مرتبة، مما يوفر توصيلًا كهربائيًا ممتازًا واستقرارًا حراريًا - وهو أمر أساسي للأداء الحالي للجرافيت الاصطناعي.

قيود سلسلة التوريد الجامدة

• معوقات الإنتاج: في عام 2025، بلغ إجمالي إنتاج الصين من فحم الكوك البترولي حوالي 29 مليون طن، حيث شكل فحم الكوك منخفض الكبريت (محتوى الكبريت أقل من 3%) حوالي 30% (حوالي 8.7 مليون طن). ويجب أن يلبي هذا الإنتاج الطلب على الأنودات الألومنيومية المخبوزة مسبقًا، وأقطاب الجرافيت الفولاذية، ومواد الأنودات، مما يحد من مرونة العرض.
• ضوابط التصدير: في عام 2025، فرضت الصين قيودًا على تصدير مواد الأنود الجرافيتي الاصطناعي والمعدات ذات الصلة، مما دفع مصنعي البطاريات في الخارج إلى تسريع تطوير سلسلة التوريد المحلية، مما أدى إلى زيادة الطلب على فحم الكوك البترولي منخفض الكبريت.

ثانيًا: التحديات: قيود المنتجات الثانوية للجرافين والجرافيت الطبيعي

المنتجات الثانوية للجرافين: عدم النضج التكنولوجي وعوائق التكلفة

• الإنتاج المحدود: تبقى المنتجات الثانوية من عملية تصنيع الجرافين (مثل شرائط الجرافين النانوية، والنقاط الكمومية) في المختبر أو التطبيقات الصغيرة، غير قادرة على تحقيق استبدال واسع النطاق لفحم الكوك البترولي.
• عيوب التكلفة: على سبيل المثال، تتطلب تقنية إنتاج الهيدروجين "السريع" لجامعة رايس بيع المنتجات الثانوية للجرافين بنسبة 5٪ من أسعار السوق لتعويض تكاليف إنتاج الهيدروجين، مما يشير إلى عدم كفاية الجدوى الاقتصادية للتطبيقات الصناعية.

الجرافيت الطبيعي: الموازنة بين الأداء والتكلفة

• عيوب الأداء: على الرغم من أن تكلفة الجرافيت الطبيعي أقل بنسبة 30% من تكلفة الجرافيت الصناعي، إلا أن بنيته البلورية المتطورة تُسبب تباينًا في الخواص، مما يؤدي إلى انخفاض عمر الدورة وقدرة الشحن والتفريغ مقارنةً بالجرافيت الصناعي. فعلى سبيل المثال، عادةً ما يحقق الجرافيت الطبيعي أقل من 1500 دورة شحن وتفريغ، بينما يتجاوز الجرافيت الصناعي 2000 دورة.
• الإنجازات التكنولوجية: يمكن لتعديلات الطلاء السطحي (مثل طبقات كربيد السيليكون النانوية) أن تطيل عمر دورة الجرافيت الطبيعي إلى ما يزيد عن 2000 دورة، ولكن المعالجة الإضافية تزيد التكاليف، مما يؤدي إلى تآكل ميزته السعرية.

ثالثًا: المتغيرات طويلة الأجل: التكرار التكنولوجي وإعادة هيكلة السلسلة الصناعية

تأثير تقنيات الأنود من الجيل التالي

• الأنودات المصنوعة من السيليكون: بسعة نظرية تبلغ 4200 مللي أمبير/غرام (أي عشرة أضعاف سعة الجرافيت)، يمكن للأنودات المصنوعة من السيليكون أن تخفف من ضغوط تكلفة فحم الكوك البترولي. وقد ارتفعت حصتها السوقية من 5% إلى 15% بحلول عام 2025، إلا أن التمدد الحجمي (أكثر من 300%) أثناء دورات الشحن والتفريغ لا يزال يمثل تحديًا كبيرًا لتدهور عمر الدورة.
• مواد الكربون الصلب: يُعدّ الكربون الصلب المُستخلص من الكتلة الحيوية (المُعتمد على قشور جوز الهند) من شركة GAC Aion مناسبًا لبطاريات أيونات الصوديوم، حيث تبلغ تكلفة المواد الخام ثلث تكلفة فحم الكوك البترولي. مع ذلك، فإن انخفاض كثافة الطاقة فيه (حوالي 300 مللي أمبير/غرام مقابل 372 مللي أمبير/غرام للجرافيت) يحدّ من إمكانية استخدامه كبديل على المدى القصير.

التكامل الرأسي والتنافس على الموارد في السلسلة الصناعية

• احتكار المصادر الأولية: تؤمن كبرى الشركات المصنعة للأنودات المحلية إمداداتها من فحم الكوك منخفض الكبريت من خلال الاستحواذ على حصص في مصافي التكرير أو موارد الفحم. فعلى سبيل المثال، قللت شركة CATL اعتمادها على فحم الكوك البترولي من خلال تبني عمليات التغرافيت المستمر لتقصير دورات الإنتاج.
• التحالفات الدولية: قامت شركات تصنيع البطاريات العملاقة في الخارج (مثل سامسونج إس دي آي، وإل جي إنرجي سوليوشن) بتشكيل شراكات استراتيجية مع شركات البتروكيماويات الصينية، وتبادلت الاستثمارات مقابل الوصول إلى الموارد لتأمين الإمدادات للعقد القادم.

الخلاصة: استقرار قصير الأجل، ويقظة طويلة الأجل ضد الاستبدال

لا تزال هيمنة فحم الكوك البترولي المُجرافن راسخة على المدى القريب، مدعومةً بمزايا التكلفة، ونضج العملية، وقوة سلسلة التوريد. مع ذلك، على المدى البعيد، قد يؤدي تسويق تقنيات الجيل القادم، مثل الأنودات القائمة على السيليكون والكربون الصلب، إلى جانب المنافسة على الموارد الناتجة عن التكامل الرأسي، إلى تآكل احتكاره تدريجيًا. ينبغي على الجهات المعنية في هذا القطاع إعطاء الأولوية لما يلي:

• التكرار التكنولوجي: تسريع تحسينات الأداء وخفض التكاليف للأنودات القائمة على السيليكون والكربون الصلب والبدائل الأخرى.
• استراتيجية الموارد: تأمين سلاسل التوريد من خلال شراكات المصافي أو المواد الخام البديلة (مثل فحم الكوك الحيوي).
• التكيف مع السياسات: إدارة إعادة هيكلة سلسلة التوريد العالمية في ظل تصاعد ضوابط التصدير من خلال توسيع القدرة الإنتاجية المحلية في الخارج.